JPS5913377A - 半導体圧力変換素子の受圧ダイヤフラム形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半専体圧カセンサにおけるシリコンク１イヤフ
、ラムの起わい部の形成方法に関するｂ圧力センサは従
来からプロセス工業を始めとして、広い分野で使用され
ている基本的なセンサの一つであり、近年高鞘度化、小
型化に向って開発が進んで℃・る。従来の圧力センサは
ズルトンイｋ、ベローズや金属タイヤフラムと差動トラ
ンスやメ１　／Ｌストレンゲージを組合わゼた方式であ
ったが、最近は半導体１ｃ技術を応用した拡散形半導体
圧カセンザが盛んに用いられるようになってきているａ
シリコンなとの半導体にひずみを〃Ｊえると金属如比し
て１００倍程鹿の大きな抵抗変化を生ずるので、このこ
とを潤用して半導体ストレンゲージを圧力センサに適用
することが考えられるが、このとき最も理想的には、圧
力を受けてひずみを生ずる起わい体そのものをシリコン
単結晶板からつくり、これに不純物を拡散１−ストレン
グージを形成する方法をとることである。この圧力セン
サは半導体の加工技術およびＺＣ技術の進歩光ｉＡＫよ
って展進が可能になったものであり、シリコン単結晶板
の表面忙はストレングージ抵抗が拡散形成され、裏面は
凹形Ｋ〈り抜がれて薄くなった部分がダイヤプラムとな
るので、このタイヤプラムとストレンゲージが完全に一
体と１１って圧力−ひずみ変換が行なわハる・すなわち
圧力が印加されるとタイヤフラムが変形しゲージ抵抗に
ひずみが発生ずる０このためゲージにはピエゾ抵抗効果
による大きな抵抗変化が起り、圧力に比例したブリッジ
出力が得られるのである。この圧力センサのダイヤフラ
ムの加工をＩＣと同じフォトリンゲラフィブロセスを用
いて行なえば鍋梢度化、小型化および大量生産による低
価格化が期待できる。

従来からシリコン単結晶板をタイ７フラムとして形成す
る方法は例えば第１図に示す如（シリコン基板１の片面
に先づ５ｌｏ２またはＡｕなどの保護ｍ２を設け５次に
凹部３を形成すべき部分の保護膜２を遺択工、チング除
去した体、シリコン基板のもう一方の面にガラス板４を
ワックス５で固定し、弗硝酸のようなシリコンエツチン
グ液を用いて凹部３が所望の厚さになるまでエツチング
すること忙よりタイ７フラムを形成するのが１１４であ
る。

しかしながらこのようなシリコンタイ７フラムの製造方
法には、シリコン基板１の厚さのバラツキおよびエツチ
ング後の組成や温度がタイヤスラムの厚さの精度に大き
く影曽する。

例えば厚さが３８０±１０μｍのシリコン基板がら凹部
３の厚さ２５μｍのダイヤフラムを形成する場合に得ら
れる厚さの精度は、２５±１０μｍ以上となり非常忙悪
い結果となるばかりでなく、エツチング液の組成や温度
によっても工、チング量が変わるので。

作業条件の制御が非常に難しい等の欠点がある。

また、シリコン基板如不純物濃度の異なる半導体層を設
けてエツチング速度を変えること忙より、タイ７フラム
の凹部を形成する方法もあるが、この方法も使用するエ
ツチング液のａｔｅに制約があり、液の管理がむずかし
いことおよび凸部の厚さの精度の点で満足すべき結果が
得られていない。

本発明は上述の欠点を除去し、ダイヤフラム凹部の厚さ
の精度が極めて高い形成方法を提供することを目的とす
る〇 以下実施例に基き本発明の詳細な説明する・第２図は本
発明の実施例を示すもので、Ｐ型シリコン基板６ＫＮｍ
シリコン７を、形成すべき凹部の厚さの分だけ気相成長
させ１次にＰ型シリコン基板６のもう一方の面に５ｌｏ
２ｔたはＡｕなどの保護膜２を設けた後、凹部を形成す
る部分にある保護膜２を選択エツチング除去する。しか
る後上記のＰＮ接合を有するシリコンウェハを保持台８
にパツキン９を介して取付けた状態でエツチング１１０
に装入するとともに、適量のエツチング液１］を入れる
。エツチング液１１は保＠膜２を侵さず、シリコンウェ
ハのみエツチングする液を選ぶことが必要であり、バ、
キン９はＮｆｆ１シリコン成長層の露出面をこのエツチ
ング液から保護するために用し・る。かくして予め設け
たｔ極１２を外部電源１３にリード接続しＰＷシＩＩコ
ン基板すとＮ型シリコン成長層７からなるＰＮ接合ｋＣ
＠源１３がら逆バイアスをかけておくと、ＰＮ接合部で
はＰ型シリコ：／基＆ｂ（７）エツチングが進行し遂に
Ｎｍンリコン成長層に到達したとき、すなわちＰ型シリ
コン基板すが、エツチング除去されＰＮ接合を肩するシ
リコンウェハに凹部が形成されたとき、Ｎ、　＆　１２
と１源１３を結ぶ回路に電流が流れるようＫなる。した
がってこの回路忙電流が流れ始めるときの信号を検出し
て、その時点でシリコンウェハをエツチング槽から引上
げれば所望の厚さを有するンリフンダイヤスラムを得る
ことができる。

第３図は、第２図の実施例の変形例を示すものであるが
、タイヤ７ラム形成方法は基本的には第２図の場合と同
じである。但し第３図にはシリコン基板の接合構造のみ
を表わし、エツチング槽、１、極などは図示してない。

第３図が第２図と異なる点は、Ｎ形シリコン基板１４に
Ｐ型シリコン１５とＮ型シリコン１６を２段気相成長さ
せたことであへ電源１３により順方向型７圧をＰＮ接合
の順電圧降下（０，７Ｖ）以上加えれば、Ｎ型シリコン
基板１４がエツチング除去されエツチング液がＰ型シリ
コン１５に到達したときに電流が流れるのでこれを検出
すればよい。

以上説明したように１本発明によれば、半導体圧力変換
素子の起わい体にシリコン単結晶板そのものを用いてタ
イヤフラムを形成する方法として、シリコン基板上に気
相成長により±１μｍの誤差で逆導電型のシリコン層を
設け、この気相成長したシリコン層の厚さ分だけを正確
にエツチングすることができタイヤフラノ、の尚白部は
任意にしかも所望の厚さを精度よく設定することができ
る。着た本発明は前記エツチング除去の終点の医定には
、シリコンのＰＮ接合の性質を利用して、Ｐ型又はＮ型
の一方のシリコノ層が除去されたときに電気的な導通が
得られるようにしであるので、エツチング量の過不足を
生ずることなく極めて精度の高いタイヤフラム凹部の厚
さを形成することができるという大きな効果を有する。

このエツチングの方法は所望の厚さを得るためにエツチ
ングの過程でその都度測長する必要もなく自動的に行な
われるから、この作業が簡単になり、し、かも高能率で
あるという利点をも持っている◇ 元来半導体圧力實換素子における受圧部の感度は起わい
体薄白部の〜さの二乗に逆比例し、この厚さのバラツキ
は直接感度のノ・ラツキとして現われてくるので、この
厚さを精度よ（形成できる本発明は極めて優れた方法と
いえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のダイヤフラム形成方法を示す半導体基板
の断面図、第２図は本発明によるタイヤフラム形成方法
を示す断面図、第３図は第２図の変形例を示す半導体基
板の断面図である。 １．６．１４・・・シリフン基板、７，１５．１６・・
・気相生長シリコン層、２・・・保膿膜、８・・・保持
台、９・・・パラ片ン、ｌＯ・・・エツチング４１１．
１１・・・エツチング液、１２・・・電極、１３・・・
算源□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に該半導体基板と通導ＩＭ型を有する半導
   体ノーを設けてＰＮ接合を形成し、前記ＰＮ接合も・備
   えた半導体基板を、前記半導体層のみ半導体エツチング
   液から保護して該エツチング液に浸漬するとともに、前
   記ＰＮ接合に電、圧を負荷することにより、前記半導体
   基板が所定駄エツチング除去されたときに生ずる電流を
   検出して工ヵチ昏ングトの終点を決定することを％ｌａ
   とする半導体圧力変換素子の受圧タイヤフラム形成方法
   。